CN111440926B - 一种水基淬火液及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水基淬火液，包括按重量百分比计的如下成分：聚丙烯酸钠30‑35％；羟乙基纤维素10‑12％；氯化钙3‑4％；三乙醇胺0.2‑0.5％；失水山梨醇单油酸酯1‑2％；苯甲酸钠2‑3％；水余量；其中，聚丙烯酸钠的分子量为5000‑8000。本发明提供的水基淬火液，能有效去除工件表面的有机残留物，减少淬火液的浪费；且能提高淬透性和淬硬性，提高工件的力学性能，并能有效防止工件淬裂。本发明还提供一种水基淬火液的制备方法及使用方法。
Description
技术领域
本发明涉及金属热处理技术领域，具体涉及一种水基淬火液及其制备方法和使用方法。
背景技术
水基淬火剂是一种液态的有机聚合物和腐蚀抑制剂组成的水溶性溶液。淬火剂主要用于各类碳素钢、低合金钢、弹簧钢、轴承钢制工件做增体浸淬和感应加热淬火。当用淬火剂的稀释溶液冷却热的金属时，液体有机聚合物会在金属表面沉积，形成一层薄膜，可通过调节淬火液的温度或搅拌程度来控制冷却。
目前，水基淬火液大多采用聚醚类有机聚合物，在使用过程中会因为产生逆溶性而附着工件表面造成大量的淬火剂浪费；且现有淬火液具有淬透性差、淬后工件具有较高的热应力等缺点，容易出现开裂的情况。
鉴于此，本发明提供了一种新的淬火工艺解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术缺陷，提供一种水基淬火液，能有效去除工件表面的有机残留物，减少淬火液的浪费；且能提高淬透性和淬硬性，提高工件的力学性能，并能有效防止工件淬裂。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种水基淬火液，包括按重量百分比计的如下成分：
其中，聚丙烯酸钠的分子量为5000-8000。
进一步地，一种水基淬火液，包括按重量百分比计的如下成分：
本发明还提供一种水基淬火液的制备方法，包括如下步骤：
将氯化钙与适量水混合，形成组分A；
将聚丙烯酸钠、羟乙基纤维素、三乙醇胺、失水山梨醇单油酸酯和苯甲酸钠与余量水混合，形成组分B；
将组分A与组分B混合，形成水基淬火液。
本发明还提供一种水基淬火液的使用方法，将所述水基淬火液用水配成重量百分比为20-30％的稀释液使用。
进一步地，水基淬火液的使用温度为30-60℃。
相较于现有技术，本发明提供的水基淬火液，有益效果在于：
本发明提供的水基淬火液，将聚丙烯酸钠、羟乙基纤维素和氯化钙配合，各成分相互协同增效，通过优化各成分的浓度及聚丙烯酸钠的分子量，有效调整淬火液的粘稠度，实现控制冷却速度的目的。本发明提供的水基淬火液，淬透性强，淬火后工件硬度高并均匀，不淬裂，工件力学性能优。
本发明提供的水基淬火液，无逆溶性，解决了现有技术中因逆溶性而附着工件表面造成的淬火剂浪费问题，消耗量小。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应该被视为在本文中具体公开。
实施例1
一种水基淬火液，包括按重量百分比计的如下成分：
聚丙烯酸钠30％，羟乙基纤维素12％，氯化钙4％，三乙醇胺0.5％，失水山梨醇单油酸酯2％，苯甲酸钠3％，水48.5％；其中聚丙烯酸钠的分子量为5000-8000。
实施例2
一种水基淬火液，包括按重量百分比计的如下成分：
聚丙烯酸钠35％，羟乙基纤维素10％，氯化钙4％，三乙醇胺0.2％，失水山梨醇单油酸酯1％，苯甲酸钠2％，水47.8％；其中聚丙烯酸钠的分子量为5000-8000。
实施例3
一种水基淬火液，包括按重量百分比计的如下成分：
聚丙烯酸钠32％，羟乙基纤维素11％，氯化钙3％，三乙醇胺0.4％，失水山梨醇单油酸酯1.5％，苯甲酸钠2％，水50.1％；其中聚丙烯酸钠的分子量为5000-8000。
对比例1
一种水基淬火液，包括按重量百分比计的如下成分：
聚丙烯酸钠30％，羟乙基纤维素12％，氯化钙4％，三乙醇胺0.5％，失水山梨醇单油酸酯2％，苯甲酸钠3％，水48.5％；其中聚丙烯酸钠的分子量为10000-12000。即在实施例1的基础上，修改聚丙烯酸钠的分子量。
对比例2
一种水基淬火液，包括按重量百分比计的如下成分：
聚丙烯酸钠30％，羟乙基纤维素12％，三乙醇胺0.5％，失水山梨醇单油酸酯2％，苯甲酸钠3％，水52.5％；其中聚丙烯酸钠的分子量为5000-8000。即在实施例1的基础上，省略氯化钙成分。
对比例3
一种水基淬火液，包括按重量百分比计的如下成分：
聚丙烯酸钠30％，羟乙基纤维素12％，氯化钠4％，三乙醇胺0.5％，失水山梨醇单油酸酯2％，苯甲酸钠3％，水48.5％；其中聚丙烯酸钠的分子量为5000-8000。即在实施例1基础上采用氯化钠替换氯化钙。
对比例4
一种水基淬火液，包括按重量百分比计的如下成分：
聚丙烯酸钠30％，羟乙基纤维素12％，氯化锌4％，三乙醇胺0.5％，失水山梨醇单油酸酯2％，苯甲酸钠3％，水48.5％；其中聚丙烯酸钠的分子量为5000-8000。即在实施例1基础上采用氯化锌替换氯化钙。本发明提供的水基淬火液的制备方法，包括如下步骤：
将氯化钙与适量水混合，形成组分A；
将聚丙烯酸钠、羟乙基纤维素、三乙醇胺、失水山梨醇单油酸酯和苯甲酸钠与余量水混合，形成组分B；
将组分A与组分B混合，形成水基淬火液。
实施例1-3、对比例1-4的水基淬火液，物理特性如下：
本发明提供的水基淬火液的使用方法是：将所述水基淬火液用水配成重量百分比为20-30％的稀释液使用，使用温度为30-60℃。在淬火工艺中，浓度为20-30％的淬火液在400℃以上的冷速为20-50℃/s，300℃以下的冷速≤15℃/s。
以高铬合金材料(ZQCr20)为工件，采用本发明的水基淬火液进行淬火工艺，各实施例的冷速比较如下：
实施例1
| 20％淬火液冷速(℃/s) | 25％淬火液(℃/s) | 30％淬火液(℃/s) | |
| 600℃ | 49.8 | 48.2 | 46.7 |
| 500℃ | 36.4 | 35.6 | 33.5 |
| 400℃ | 24.9 | 24.2 | 21.9 |
| 300℃ | 13.9 | 12.4 | 10.7 |
| 200℃ | 9.4 | 8.5 | 6.9 |
实施例2
| 20％淬火液冷速(℃/s) | 25％淬火液(℃/s) | 30％淬火液(℃/s) | |
| 600℃ | 48.9 | 47.3 | 45.6 |
| 500℃ | 36.8 | 35.7 | 33.2 |
| 400℃ | 24.2 | 22.9 | 21.4 |
| 300℃ | 14.7 | 13.5 | 11.8 |
| 200℃ | 10.6 | 9.4 | 7.6 |
实施例3
| 20％淬火液冷速(℃/s) | 25％淬火液(℃/s) | 30％淬火液(℃/s) | |
| 600℃ | 49.6 | 47.8 | 45.5 |
| 500℃ | 37.2 | 35.9 | 32.7 |
| 400℃ | 25.4 | 24.2 | 20.6 |
| 300℃ | 14.5 | 13.1 | 10.4 |
| 200℃ | 10.3 | 9.2 | 7.4 |
对比例1
| 20％淬火液冷速(℃/s) | 25％淬火液(℃/s) | 30％淬火液(℃/s) | |
| 600℃ | 42.6 | 41.3 | 40.7 |
| 500℃ | 33.8 | 32.7 | 32.1 |
| 400℃ | 27.4 | 26.2 | 25.8 |
| 300℃ | 21.9 | 20.8 | 19.9 |
| 200℃ | 18.5 | 17.4 | 16.3 |
对比例2
| 20％淬火液冷速(℃/s) | 25％淬火液(℃/s) | 30％淬火液(℃/s) | |
| 600℃ | 35.4 | 34.8 | 34.2 |
| 500℃ | 29.5 | 28.9 | 28.6 |
| 400℃ | 22.3 | 21.5 | 20.8 |
| 300℃ | 17.8 | 16.1 | 14.3 |
| 200℃ | 9.2 | 8.6 | 7.8 |
对比例3
| 20％淬火液冷速(℃/s) | 25％淬火液(℃/s) | 30％淬火液(℃/s) | |
| 600℃ | 49.6 | 48.3 | 46.5 |
| 500℃ | 36.2 | 35.7 | 33.3 |
| 400℃ | 24.7 | 24.3 | 21.7 |
| 300℃ | 14.5 | 13.6 | 11.6 |
| 200℃ | 10.1 | 9.5 | 7.4 |
对比例4
| 20％淬火液冷速(℃/s) | 25％淬火液(℃/s) | 30％淬火液(℃/s) | |
| 600℃ | 46.7 | 45.8 | 44.9 |
| 500℃ | 35.2 | 34.9 | 34.4 |
| 400℃ | 25.1 | 24.7 | 24.2 |
| 300℃ | 15.2 | 14.9 | 14.5 |
| 200℃ | 11.3 | 10.7 | 10.4 |
将实施例1-3、对比例1-4的淬火介质配制成20％的淬火液，对高铬合金材料(ZQCr20)工件进行淬火工艺后，各工件的力学性能测试如下：
由上述数据可以看出：
(1)本发明提供的水基淬火液，在淬火介质中加入了无机物，提高了工件的淬透性和淬硬性，使工件具有良好的力学性能，且无机物中选用氯化钙的效果优于其他氯化物；
(2)聚丙烯酸钠的分子量对于冷却速度具有较大影响，当聚丙烯酸钠的分子量在5000-8000时，在低温区域的淬火速度低于15℃，接近于油淬火温度，使工件具有良好的淬透性；当聚丙烯酸钠的分子量在10000-12000时，在400-600℃的冷却速度低于其分子量在5000-8000的冷却速度，在低于400℃的冷却速度高于分子量在5000-8000的冷却速度，且高于油冷的冷却速度，因此工件的淬透性稍差。
采用本发明提供的水基淬火液对高铬合金材料进行淬火，所得淬火材料金相组织均匀；且由于无机物的加入，能有效改善中高温的冷却速度，减少淬火过程中的热应力和组织应力，使淬火后无裂纹现象。而当淬火介质中不含有无机物时，即对比例2获得的工件有淬裂现象。
以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种水基淬火液，其特征在于，包括按重量百分比计的如下成分：
其中，聚丙烯酸钠的分子量为5000-8000；
所述水基淬火液使用的质量浓度为20-30％。
2.根据权利要求1所述的水基淬火液，其特征在于，包括按重量百分比计的如下成分：
3.一种权利要求1或2所述的水基淬火液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将氯化钙与适量水混合，形成组分A；
将聚丙烯酸钠、羟乙基纤维素、三乙醇胺、失水山梨醇单油酸酯和苯甲酸钠与余量水混合，形成组分B；
将组分A与组分B混合，形成水基淬火液；
所述水基淬火液使用的质量浓度为20-30％。
4.一种权利要求1或2所述的水基淬火液的使用方法，其特征在于，将所述水基淬火液用水配成重量百分比为20-30％的稀释液使用。
5.根据权利要求4所述的水基淬火液的使用方法，其特征在于，水基淬火液的使用温度为30-60℃。
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Denomination of invention: A water-based quenching liquid and its preparation and usage method Effective date of registration: 20231220 Granted publication date: 20220121 Pledgee: Ningxiang sub branch of Bank of Changsha Co.,Ltd. Pledgor: HUNAN ELECTRIC NEW WEAR-RESISTANT MATERIALS CO.,LTD. Registration number: Y2023980072994 |